Os Sensores de Vazão
Por: Láisla Machado • 6/10/2015 • Trabalho acadêmico • 3.620 Palavras (15 Páginas) • 303 Visualizações
Sensores de vazão
A vazão é uma das grandezas mais medida nos processos industriais. A medição de vazão de fluidos está presente também em nosso dia-a-dia, como por exemplo, o hidrômetro das residências e o marcador da bomba de combustível dos veículos, dentre outros. A aplicabilidade de instrumentos para medição de vazão é muito ampla, variando de medições simples como a de uma residência há medições de gases de processos industriais, e medições ainda mais complexas.
Para se aplicar corretamente um determinado instrumento de medição considerando o seu custo-benefício deve-se levar em consideração fatores como, a exatidão desejada para a medição, o tipo de fluido (líquido ou gás, limpo ou sujo, número de fases, temperatura, entre outros), as condições termodinâmicas, o espaço disponível e o custo que recomenda ser deixado como último critério apesar de sua importância.
A vazão representa a quantidade volumétrica ou mássica, que escoa em uma determinada seção, durante um certo período de tempo. Quando volumétrica, se refere a quantidade em volume de um fluido que escoa em uma seção em um considerado intervalo de tempo, e suas unidades volumétricas mais comuns são: m³/s, m³/h, l/h, l/min e GPM (galão por minuto). Quando mássica, se refere a quantidade de massa de um fluido que escoa em uma secção em um considerado intervalo de tempo, e suas unidades mássicas mais utilizadas são: kg/s, kg/h, t/h, lb/h.
A medição de vazão tem como objetivo geral:
- Acompanhar e controlar a proporção dos materiais introduzidos em determinados processos.
- Determinar e controlar a quantidade de produtos elaborados no processo, quer em suas fases intermediárias, quer em sua fase final.
- Determinar e controlar quantidades por razões de ordem econômica, seja referente a serviços, utilidades, ou compra e vendas de produtos.
- Os medidores de vazão são na realidade indiretos, pois medem outro tipo de grandeza que é transformada por um transdutor, em vazão.
- Nesse trabalho serão mostrados alguns dos principais tipos de sensores de vazão, assim como seu funcionamento e possíveis aplicações.
Medição por Pressão Diferencial
Os medidores de vazão por pressão diferencial são os sensores mais amplamente usados, devido à sua simplicidade, seu custo e sua facilidade de manutenção.
Um obstáculo, denominado elemento primário, introduzido em uma tubulação na qual escoa um fluido, causa uma queda de pressão que varia com a vazão, a densidade e a viscosidade. Mantendo os dois últimos fatores constantes, é possível calcular a vazão. Esses elementos são baseados no princípio fundamental da hidrodinâmica, o Teorema de Bernoulli.
Os dispositivos que permitem a medição de vazão, chamados elementos primários, mais utilizados são:
- Placa de orifício;
- Tubo de Venturi;
- Bocal;
- Tubo de Pitot.
Placa de orifício
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Consiste em uma placa precisamente perfurada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação. É essencial que as bordas do orifício estejam sempre perfeitas, porque, se ficarem, imprecisas ou corroídas pelo fluído, a precisão da medição será comprometida. Costumeiramente são fabricadas com aço inox, monel, latão, etc., dependendo do fluído.
VANTAGENS:
Instalação fácil
Econômica
Construção simples
Manutenção e troca simples
DESVANTAGENS
Alta perda de carga
Baixa Rangeabilidade
[pic 1]
Figura 1 – Tipos de orifícios
Orifício concêntrico: este tipo de placa é utilizado para líquidos, gases e vapor que não contenham sólidos em suspensão.
Orifício excêntrico: utilizada quando tivermos fluído com sólidos em suspensão, os quais possam ser retidos e acumulados na base da placa, sendo o orifício posicionado na parte de baixo do tubo.
Orifício segmental: esta placa tem a abertura para passagem de fluido, disposta em forma de segmento de círculo. É destinada para uso em fluídos laminados e com alta porcentagem de sólidos em suspensão.
Tubo de Venturi
O tubo Venturi, combina dentro de uma unidade simples, uma curta garganta estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalado entre dois flanges, numa tubulação. Seu propósito é acelerar o fluído e temporariamente baixar sua pressão estática.
A recuperação de pressão em um tubo Venturi é bastante eficiente, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O Venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta.
[pic 2]
Figura 2 – Tipos de Tubo de Venturi
Bocal
O Bocal de vazão (Flow nozzle) é, em muitos aspectos um meio termo entre a placa de orifício e o tubo Venturi. O perfil dos bocais de vazão permite sua aplicação em serviços onde o fluído é abrasivo e corrosivo. Eles têm a mesma aparência de um Tubo de Venturi sem o cone de saída. O bocal deve ser usado em tubos verticais com a direção do fluxo para baixo.
[pic 3]
Figura 3 – a) Vista em corte e b) em perspectiva de um bocal.
Tubo de Pitot
É um dispositivo para medição de vazão através da velocidade detectada em um ponto da tubulação. O tubo de Pitot é um tubo com uma abertura em sua extremidade, sendo esta colocada na direção da corrente fluida de um duto. A diferença da pressão dinâmica e a pressão estática da linha nos dará a pressão diferencial, a qual é proporcional ao quadrado da velocidade.
[pic 4]
Figura 4 – Tubo de Pitot
Rotâmetros
Rotâmetros são medidores de vazão por área variável, nos quais um flutuador varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido.
Basicamente, um rotâmetro consiste de duas partes:
1) Um tubo de vidro de formato cônico, o qual é colocado verticalmente na tubulação em que passará o fluido que queremos medir. A extremidade maior do tubo cônico ficará voltada para cima.
2) No interior do tubo cônico teremos um flutuador que se moverá verticalmente, em função da vazão medida.
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